蔡 文,吳 輝,熊 輝,權(quán)星軍,萬忠海
(1.國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院,江西 南昌 330096;2.國(guó)家電投集團(tuán)江西電力有限公司新昌發(fā)電分公司,江西南昌 330117;3.國(guó)家電投集團(tuán)江西電力有限公司景德鎮(zhèn)發(fā)電廠,江西 景德鎮(zhèn) 333001)
隨著經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,工業(yè)用汽需求不斷增加,省內(nèi)部分火電企業(yè)為充分利用熱電聯(lián)產(chǎn)的優(yōu)越性積極開拓供熱市場(chǎng),因地制宜、因廠制宜地開展汽輪機(jī)組的供熱改造項(xiàng)目,以提升高效清潔發(fā)展水平[1]?;诳蛻艄I(yè)用汽參數(shù)需求及機(jī)組運(yùn)行安全,火電廠可靈活選擇高排供熱、熱再供熱或抽汽加裝壓力匹配器供熱等多種不同供熱方式。如此一來,供熱改造機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行極為復(fù)雜,具體表現(xiàn)在發(fā)電量、供熱量、供熱方式存在數(shù)目龐大的多種組合,是一個(gè)典型的多維數(shù)據(jù)模型。對(duì)于熱電聯(lián)產(chǎn)的研究,最復(fù)雜的莫過于發(fā)電和供熱二者成本的分?jǐn)傆?jì)量——這是因?yàn)楣嵴羝趶钠啓C(jī)本體抽出前也作了功,發(fā)了電。業(yè)內(nèi)一直存在“好處歸電”、“好處歸熱”和其他數(shù)種以能量?jī)r(jià)值理論、單耗理論為核心的相對(duì)折中的分?jǐn)偡桨竅2]。本項(xiàng)目借助數(shù)值仿真軟件研究熱電聯(lián)產(chǎn)對(duì)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和調(diào)峰出力的影響;同時(shí),依據(jù)文獻(xiàn)[3]計(jì)算供熱機(jī)組的熱耗率和煤耗率,以指導(dǎo)電廠生產(chǎn)運(yùn)行管理。
仿真建模Ebsilon軟件平臺(tái)是一款來自德國(guó)STEAG公司的專業(yè)電站性能仿真計(jì)算軟件(見圖1),其主要特點(diǎn)是組件豐富,功能強(qiáng)大,設(shè)計(jì)靈活,尤其適用于熱力系統(tǒng)變工況計(jì)算及分析。
火力發(fā)電廠是一個(gè)集多設(shè)備、多介質(zhì)、多流程的復(fù)雜系統(tǒng)。本項(xiàng)目以某300MW機(jī)組典型工況熱平衡圖作為EBSILON軟件的DESIGN工況輸入?yún)?shù),并在此工況基礎(chǔ)上,進(jìn)行不同抽汽位置和供熱流量的變工況仿真計(jì)算。
通過數(shù)值仿真,探究300MW機(jī)組熱電聯(lián)產(chǎn)能耗及出力特性。具體內(nèi)容包括:
1)不同發(fā)電量、供熱量及供熱方式下供熱改造機(jī)組能耗研究;
2)不同發(fā)電量、供熱量及供熱方式下供熱改造機(jī)組出力研究;
3)環(huán)境溫度(邊界條件變化)對(duì)供熱改造機(jī)組能耗和出力的影響。循環(huán)水溫調(diào)整至33℃,即夏季工況{TRL工況(300MW)};
4)發(fā)電量:選取了THA工況(300MW)、75%THA工況(225MW)和50%THA工況(150MW)三個(gè)典型工況;
5)供熱量:選擇了六檔抽汽流量(10t/h、20t/h、30t/h、40t/h、50t/h、60t/h);
6)供熱方式:選擇了高排供熱、熱再供熱。
在DESIGN工況頁面完成典型工況設(shè)計(jì)參數(shù)輸入后,通過對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)與過橋汽封的設(shè)置、末級(jí)排汽損失的設(shè)置以及汽動(dòng)給水泵組軸功匹配等方面的參數(shù)調(diào)校,使得DESIGN工況仿真計(jì)算出來的機(jī)組熱耗率等指標(biāo)與制造廠熱平衡圖一致(見圖2)。
圖2 仿真建模DESIGN工況
1)當(dāng)供熱流量達(dá)到40t/h時(shí),機(jī)組供電煤耗降低至310g/(kW·h)以下;
2)當(dāng)供熱流量達(dá)到60t/h時(shí),機(jī)組供電煤耗可減少9.88g/(kW·h)。
表1 THA工況(300MW)仿真結(jié)果匯總
1)當(dāng)供熱流量達(dá)到50t/h時(shí),機(jī)組供電煤耗降低至310g/(kW·h)以下;
2)當(dāng)供熱流量達(dá)到60t/h時(shí),機(jī)組供電煤耗可減少12.25g/(kW·h)。
表2 75%THA工況(225MW)仿真結(jié)果匯總
1)當(dāng)供熱流量達(dá)到60t/h時(shí),機(jī)組供電煤耗仍高于310g/(kW·h);
2)當(dāng)供熱流量達(dá)到60t/h時(shí),機(jī)組供電煤耗可減少19g/(kW·h)。
表3 50%THA工況(150MW)仿真結(jié)果匯總
1)當(dāng)供熱流量達(dá)到60t/h時(shí),機(jī)組供電煤耗仍高于310g/(kW·h);
2)當(dāng)供熱流量達(dá)到60t/h時(shí),機(jī)組供電煤耗可減少9.86g/(kW·h)。
表4 TRL工況(300MW)仿真結(jié)果匯總
以THA工況為例(表5),鍋爐蒸發(fā)量若保持900.08t/h不變,當(dāng)供熱流量由0t/h調(diào)整至60t/h時(shí),發(fā)電機(jī)功率將由300.02MW下降至284.80MW。在實(shí)際運(yùn)行中,運(yùn)行人員可以在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的配合下,通過適時(shí)增加燃煤及給水,將鍋爐蒸發(fā)量逐步提升至949.23t/h;并在整個(gè)過程中,由協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)維持發(fā)電機(jī)功率300MW不變。
表5 熱電聯(lián)產(chǎn)對(duì)機(jī)組調(diào)峰出力的潛在影響
通過數(shù)值仿真(表6),分別模擬了THA工況(300MW)以及50%THA工況(150MW)下工業(yè)用汽量大幅擾動(dòng)(30~60t/h)對(duì)于發(fā)電機(jī)功率輸出的影響——二者最大波動(dòng)幅度分別為2.53%、4.88%。
表6 不同用汽量對(duì)調(diào)峰品質(zhì)的潛在影響
當(dāng)此擾動(dòng)過程較為緩慢時(shí),協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可在充裕的時(shí)間內(nèi)予以正常消納,不影響調(diào)峰品質(zhì)。倘若擾動(dòng)過程劇烈快促,將對(duì)機(jī)組一、二次調(diào)頻性能產(chǎn)生一定干擾,尤其是在低負(fù)荷工況下。
供熱機(jī)組熱電聯(lián)產(chǎn)工況極為復(fù)雜,具體表現(xiàn)在發(fā)電量、供熱量、供熱方式三者之間存在著數(shù)目龐大的組合方式,是一個(gè)典型的多維數(shù)據(jù)模型。通過300 MW供熱機(jī)組仿真計(jì)算,獲取了熱電聯(lián)產(chǎn)對(duì)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和調(diào)峰出力的影響,并相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出機(jī)組典型工況下的供熱熱耗率和煤耗率。針對(duì)所選工況,最大供熱流量60t/h不影響機(jī)組的銘牌調(diào)峰出力和最低調(diào)峰出力;供熱流量波動(dòng)對(duì)調(diào)峰的潛在影響可通過廠內(nèi)多臺(tái)機(jī)組協(xié)調(diào)控制予以正常消納。